Расчет мощности трехфазной сети

Количество потребленной энергии в сети однофазного тока определяется простейшими расчетами, это не вызывает затруднений. Расчет мощности трехфазной сети сопряжен с некоторыми трудностями:

• Наличие трех фаз вместо одной;
• Различные схемы соединения потребителей – «звезда» или «треугольник»;
• Симметрия или ее отсутствие при распределении нагрузки по фазам.

Как узнать свою схему

Для правильного определения и расчета мощности требуется знание нескольких факторов:

• Количества фаз питания;
• Способа соединения потребителей.

При однофазном подключении используется два провода:

Для трехфазной сети характерно наличие трех или четырех проводников (подключение с заземленной нейтралью). При этом используется две различных схемы включения:

• «Треугольник». Каждая нагрузка подсоединяется с двумя соседними. Напряжение каждой фазы подводится к точкам соединения потребителей.
• «Звезда». Все три потребителя соединяются в одной точке. Ко вторым концам подключаются фазы питания. Это схема с изолированной нейтралью. В схеме с заземленной нейтралью точка соединения потребителей подключается к нулевому проводнику.

Трёхфазное или однофазное подключение

В зависимости от того, какой тип подключения используют, определение потребляемой мощности производится по-разному.

В однофазной сети потребляемая энергия считается по простейшей формуле:

где cosϕ – коэффициент мощности, характеризующий сдвиг фаз между током и напряжением в реактивной нагрузке.

Мощность 3 х фазной сети является суммой потребления по каждой фазе в отдельности. Формула мощности 3 х фазного тока имеет следующий вид:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc,

где U, I, cosϕ – напряжение, сила тока и коэффициент мощности в каждой фазе, соответственно.

К сведению. Видно, что в общем случае трехфазное соединение требует большее количество приборов учета.

Иногда посчитать потребление энергии можно по упрощенному варианту. При симметричном потреблении, например, при подключении асинхронного двигателя, токи потребления одинаковы, и формула принимает следующий вид:

где:

• Uф, Iф – фазные напряжение и ток;
• Uл, Iл – линейные напряжение и ток.

Характеристики трехфазной системы

Трехфазная система электропитания характеризуется несколькими значениями напряжения и тока. Все зависит от того, между какими точками схемы производятся измерения:

• между фазным проводом и нейтралью – фазное напряжение Uф;
• между отдельными фазами – линейное Uл.

Соотношение между данными параметрами:

При симметричном распределении нагрузки токи во всех проводах равны. В четырехпроводной схеме (с заземленным нулем) ток в нулевом проводнике отсутствует, поэтому даже при обрыве нуля сеть продолжает нормально функционировать.

В том случае, когда потребление энергии по фазам различается, в нейтральном проводе протекает некоторый ток. Полный обрыв нейтрального проводника вызывает перекос фаз, поэтому напряжение на проводах может измениться в диапазоне от нуля до линейного.

Реактивный характер нагрузки учитывается коэффициентом мощности cosϕ. Данная величина пришла из теории комплексных чисел, которые используются, когда необходимо рассчитать параметры цепей переменного тока. В случае активной нагрузки cosϕ=1, но, чем более реактивный характер имеют потребители, тем больше коэффициент уменьшается, показывая, как снижается реальная мощность относительно полной.

Важно! Поэтому для правильного расчета и уменьшения нагрузки на генераторное оборудование в реактивных цепях устанавливают корректоры коэффициента мощности. Цепи с корректором приближают коэффициент cosϕ к единице.

Пример расчёта мощностных показателей

Наиболее простым примером может считаться расчет потребления энергии симметричной нагрузкой. Сколько будет потреблять электроэнергии трехфазный асинхронный двигатель, подключенный в сеть с линейным напряжением 380 В, и потребляющий ток 10 А по каждой фазе? Коэффициент мощности cosϕ=0.76. Тогда потребляемая мощность равна:

Более сложный расчет бытовой сети:

• Фазное напряжение – 220 В;
• Потребление по линиям – 10 А, 5 А, 2 А;
• Первые две фазы подключены к активной нагрузке (электроплита, чайник);
• Третья нагружена на люминесцентные светильники с cosϕ=0,5.

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc=220∙10+220∙5+220∙2∙0,5=3520 ВА.

Используя онлайн калькулятор расчетов, можно избавиться от большинства ошибок и сократить время вычислений. Требуется лишь правильно ввести данные по текущим параметрам

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Варианты измерений:

• Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
• Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
• Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Видео

Трехфазные и однофазные сети. Отличия и преимущества. Недостатки

В электрооборудовании жилых многоквартирных домов, а также в частном секторе применяются трехфазные и однофазные сети. Изначально электрическая сеть выходит от электростанции с тремя фазами, и чаще всего к жилым домам подключена сеть питания именно трехфазная. Далее она имеет разветвления на отдельные фазы. Такой метод применяется для создания наиболее эффективной передачи электрического тока от электростанции к месту назначения, а также для уменьшения потерь при транспортировке.

Трехфазные и однофазные сети

Чтобы определить количество фаз у себя в квартире, достаточно открыть распределительный щит, расположенный на лестничной площадке, либо прямо в квартире, и посмотреть, какое количество проводов поступает в квартиру. Если сеть однофазная, то проводов будет 2 – фаза и ноль. Возможен еще третий провод – заземление.

Если электрическая сеть трехфазная, то проводов будет 4 или 5. Три из них – это фазы, четвертый – ноль, и пятый – заземление. Также число фаз определяется и по количеству автоматических выключателей.

Трехфазные сети в квартирах применяются редко, в случаях подключения старых электроплит с тремя фазами, либо мощных нагрузок в виде циркулярной пилы или отопительных устройств. Число фаз также можно определить по величине входного напряжения. В 1-фазной сети напряжение 220 вольт, в 3-фазной сети между фазой и нолем тоже 220 вольт, между 2-мя фазами – 380 вольт.

Отличия

Если не брать во внимание отличие в числе проводов сетей и схему подключения, то можно определить некоторые другие особенности, которые имеют трехфазные и однофазные сети.

• В случае трехфазной сети питания возможен перекос фаз из-за неравномерного разделения по фазам нагрузки. На одной фазе может быть подключен мощный обогреватель или печь, а на другой телевизор и стиральная машина. Тогда и возникает этот отрицательный эффект, сопровождающийся несимметрией напряжений и токов по фазам, что влечет неисправности бытовых устройств. Для предотвращения таких факторов необходимо заранее распределять нагрузку по фазам перед прокладкой проводов электрической сети.
• Для 3-фазной сети требуется больше кабелей, проводников и выключателей, а значит, денежные средства слишком не сэкономить.
• Возможности однофазной бытовой сети по мощности значительно меньше трехфазной. Если планируется применение нескольких мощных потребителей и бытовых устройств, электроинструмента, то предпочтительно подводить к дому или квартире трехфазную сеть питания.
• Основным достоинством 3-фазной сети является малое падение напряжения по сравнению с 1-фазной сетью, при условии одинаковой мощности. Это можно объяснить тем, что в 3-фазной сети ток в проводнике фазы меньше в три раза, чем в 1-фазной сети, а на проводе ноля тока вообще нет.

Преимущества 1-фазной сети

Основным достоинством является экономичность ее использования. В таких сетях используются трехпроводные кабели, по сравнению с тем, что в 3-фазных сетях – пятипроводные. Чтобы осуществить защиту оборудования в 1-фазных сетях, нужно иметь однополюсные защитные автоматы, в то время как в 3-фазных сетях без трехполюсных автоматов не обойтись.

В связи с этим габариты приборов защиты также будут значительно отличаться. Даже на одном электрическом автомате уже есть экономия в два модуля. А по габаритам это составляет около 36 мм, что значительно повлияет при размещении автоматов в щите на DIN рейке. А при установке дифференциального автомата экономия места составит более 100 мм.

Трехфазные и однофазные сети для частного дома

Расход электроэнергии населением постоянно повышается. В середине прошлого столетия в частных домах было сравнительно немного бытовых устройств. Сегодня в этом плане совсем другая картина. Бытовые потребители энергии в частных домах плодятся не по дням, а по часам. Поэтому в собственных частных владениях уже не стоит вопрос, какие сети питания выбрать для подключения. Чаще всего в частных постройках выполняют сети питания с тремя фазами, а от однофазной сети отказываются.

Но стоит ли трехфазная сеть такого превосходства в установке? Многие считают, что, подключив три фазы, будет возможность пользоваться большим количеством устройств. Но не всегда это получается. Наибольшая допустимая мощность определена в техусловиях на подключение. Обычно, этот параметр составляет 15 кВт на все частное домовладение. В случае однофазной сети этот параметр примерно такой же. Поэтому видно, что по мощности особой выгоды нет.

Но, необходимо помнить, что если трехфазные и однофазные сети имеют равную мощность, то для 3-фазной сети можно применить кабель меньшего сечения, так как мощность и ток распределяется по всем фазам, следовательно, меньше нагружает отдельные проводники фаз. Номинальное значение тока автомата защиты для 3-фазное сети также будет ниже.

Большое значение имеет размер распределительного щита, который для 3-фазной сети будет иметь размеры заметно больше. Это зависит от размера трехфазного счетчика, который имеет габариты больше однофазного, а также автомат ввода будет занимать больше места. Поэтому распределительный щит для трехфазной сети будет состоять из нескольких ярусов, что является недостатком этой сети.

Но у трехфазного питания есть и свои преимущества, выражающиеся в том, что можно подключать трехфазные приемники тока. Ими могут быть электродвигатели, электрические котлы и другие мощные устройства, что является достоинством трехфазной сети. Рабочее напряжение 3-фазной сети равно 380 В, что выше, чем в однофазном типе, а значит, вопросам электробезопасности придется уделить больше внимания. Также дело обстоит и с пожарной безопасностью.

Недостатки трехфазной сети для частного дома

В результате можно выделить несколько недостатков применения трехфазной сети для частного дома:

• Нужно получать техусловия и разрешение на подключение сети от энергосбыта.
• Повышается опасность поражения током, а также опасность возгорания по причине повышенного напряжения.
• Значительные габаритные размеры распредщита ввода питания. Для хозяев загородных домов такой недостаток не имеет большого значения, так как места у них хватает.
• Необходим монтаж ограничителей напряжения в виде модулей на вводном щитке. В трехфазной сети это особенно актуально.

Преимущества трехфазного питания для частных домов:

• Есть возможность распределить нагрузку равномерно по фазам, во избежание возникновения перекоса фаз.
• Можно подключать в сеть мощные трехфазные потребители энергии. Это является наиболее ощутимым достоинством.
• Уменьшение номинальных значений аппаратов защиты на вводе, а также снижение сечения кабеля ввода.
• Во многих случаях можно добиться разрешения у компании по энергосбыту на повышение допустимого наибольшего уровня мощности потребления электроэнергии.

В итоге, можно сделать вывод, что практически осуществлять ввод трехфазной сети питания рекомендуется для частных строений и домов с жилой площадью более 100 м 2 . Трехфазное питание особенно подходит тем хозяевам, которые собираются установить у себя циркулярную пилу, котел отопления, различные приводы механизмов с трехфазными электродвигателями.

Остальным владельцам частных домов переходить на трехфазное питание не обязательно, так как это может создать только дополнительные проблемы.

Выделенная мощность электроэнергии на дом

Чтобы правильно подобрать стабилизатор напряжения для обеспечения защиты от нестабильного сетевого напряжения всего объема бытовых потребителей, владельцу частного дома важно знать, какая мощность электроэнергии или сколько киловатт выделено на его частное жилье.

В нашей статье мы рассмотрим основные способы определения выделенной мощности и разберем, как исходя из этого подобрать модель стабилизатора напряжения от ГК «Штиль».

Содержание

Что такое выделенная мощность электроэнергии?

Выделенная мощность (или разрешенная мощность) представляет собой максимально допустимую единовременную нагрузку в кВт на сеть потребителя (квартиру, частный дом или коттедж), которую нельзя превышать.

Правила подключения к электросети частных домов и квартир изложены в СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий» и РМ-2696-01 «Временная инструкция по расчету электрических нагрузок жилых зданий». Согласно этим документам, на каждую квартиру или частный дом должно выделяться от 5 до 7 кВт, если установлена газовая плита, и от 8 до 11 кВт с установленной электроплитой. Кроме того, выделенная мощность должна прописываться в договоре на электроснабжение.

Для сравнения, во времена СССР в квартирах, как правило, установленная норма электроэнергии составляла всего 1,5-3 кВт, но рост числа бытовых электроприборов и их потребляемой мощности постепенно требовал увеличивать данный параметр.

На частные дома и дачи, расположенные в садоводческих, огороднических и дачных некоммерческих товариществах, как правило, выделяется электроэнергия в пределах присоединенной мощности, указанной в акте технологического присоединения, что составляет не более 15 кВт в трёхфазной сети (по 5 кВт на каждую фазу) или не более 5,5 кВт в однофазной сети. Данная норма установлена Постановлением Правительства РФ№334 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам совершенствования порядка технологического присоединения потребителей к электрическим сетям».

Выделенная мощность и вводной автомат

В соответствии со значением выделенной мощности в электрощите, куда поступает внешний силовой кабель электросети, устанавливается соответствующий вводной автомат (или автоматический выключатель), который размещается сразу после электросчетчика.

Устройство представляет собой коробку с выключателем, предназначенную для защиты всей электропроводки дома от перегрузки и токов короткого замыкания, а также общего отключения его электропитания от внешней линии. Как правило, после вводного автомата, ставятся дополнительные автоматические выключатели на различные виды нагрузок.

Вводные автоматы могут быть однополюсными, двухполюсными (используются в однофазных электросетях) и трёхполюсными (применяются в трёхфазной сети и позволяют отключать каждую фазу). Например, при разрешенной мощности 5,5 кВт в электрощите будет установлен вводной автомат на 25 А (С25). В интернете можно легко найти таблицы, в которых указана разрешенная мощность каждой модели автоматического выключателя.

Как определить, какая выделенная мощность электроэнергии в вашем доме?

Существует несколько способов определения точной выделенной мощности, которую имеет частный дом или дачный участок.

1) Посмотреть номинал вводного автомата

Проще всего определить выделенную мощность электроэнергии на дом по значению рабочего тока, на который рассчитан вводной автомат, установленный в электрощите. Для этого потребуется выполнить простой расчет. Например, на корпусе вводного автомата указан рабочий ток в значении 32 А. Необходимо воспользоваться следующей формулой: P макс = U x I, где:

• U – номинальное напряжение сети (220 или 230 В – будет зависеть от того, какое сетевое напряжение подается в дом);
• I – показатель рабочего тока вводного автомата в амперах.

Проблема данного способа заключается в том, что номинал вводного автомата не всегда совпадает с официальной выделенной мощностью.

Например, такое встречается, когда была выполнена модернизация внешней линии с увеличением ее мощности, а также если электропроводка давно не менялась или её монтаж выполнен некачественно.

Если выделенная мощность электроэнергии значительно превышает возможности вводного автомата, то будет целесообразно его заменить и привести в соответствие всю электропроводку в доме.

2) Обратиться к эксплуатирующей организации

Выделенную мощность на дом также можно узнать в договоре на электроснабжение. Если он отсутствует, то необходимо обратиться к эксплуатирующей организации, которая должна выдать справку о фактическом электропотреблении и установленной мощности. В Москве и Московской области этим занимается ОАО «Мосэнергосбыт». Компания предоставляет услугу платно, ее стоимость составляет в среднем 2 тысячи рублей.

Если частный дом обслуживает управляющая компания, то именно она обязана выдать собственнику справку о выделенной мощности или разрешение на подключение к электросетям дома и акт разграничения балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности.

В СНТ данными по выделенной мощности на каждый участок владеет председатель товарищества, который об этом должен проинформировать его пользователей.

3) Изучить договор энергоснабжения

Узнать выделенную мощность можно в договоре на энергоснабжение индивидуального жилого дома (домовладения) между ОАО «Мосэнергосбыт» и собственником. Информация об этом обычно указывается в разделе «Предмет договора» со следующей формулировкой: максимальная мощность домовладения определяется исходя из параметров технологического присоединения энергопринимающих устройств абонента к электрическим сетям и составляет 5 кВт.

Расчет суммарной потребляемой мощности нагрузки в доме

Расчет суммарной потребляемой нагрузкой мощности необходим, чтобы выяснить, достаточно ли будет мощности для обеспечения электроэнергией имеющихся электроприборов и подключение новых потребителей в будущем.

Потребляемая всей нагрузкой мощность рассчитывается как сумма потребляемой мощности всех приборов, включенных единовременно. Для этого требуется узнать максимальную активную мощность каждого потребителя с учетом его пусковых токов. Она указывается на «шильдике» или в техпаспорте устройства и измеряется в Вт.

Также можно встретить обозначение потребляемой мощности в вольт-амперах (ВА). Но это не одно и то же значение. В ваттах измеряется активная мощность (обозначается буквой «Р»), в вольт-амперах – полная (обозначается буквой «S»). Для расчета максимальной нагрузки потребуется именно значение в Вт. Для перевода ВА в Вт необходимо воспользоваться онлайн-калькулятором или формулой: Р = S х сos(φ), где сos(φ) – коэффициент мощности (если он неизвестен, то обычно берут среднее значение, которое равно 0,8).

После расчета суммарной потребляемой мощности нагрузки требуется добавить резерв, учитывающий возможное увеличение количества потребителей в будущем. Как правило, добавляется еще 20-30 % от величины максимальной нагрузки.

Подбор модели стабилизатора напряжения «Штиль» для защиты дома

Итак, имея данные по выделенной мощности, можно легко подобрать подходящую модель стабилизатора напряжения для защиты всей электросистемы в доме.

При выборе модели стабилизатора для централизованного подключения электроприборов необходимо обращать внимание на его технические возможности. Например, важно, чтобы прибор имел клеммные колодки, через которые он будет легко подключаться к электросети.

Стоит учитывать и конструктивное исполнение. Если стабилизатор будет устанавливаться рядом с электрощитом, то он должен иметь возможность настенного крепления. Уровень шума важен при установке прибора в жилом помещении.

Подбор по номиналу вводного автомата

Стабилизатор для однофазной сети

Например, в дом проведена сеть 220 В с разрешенной выходной мощностью 5,5 кВт с установленным вводным автоматом на 25 А. В данном случае отлично подойдут модели стабилизаторов напряжения IS7000 настенного исполнения с выходной мощностью 7000 ВА/ 5000 Вт или IS1106RT для напольной или стоечной установки с выходной мощностью 6 кВА/ 5,4 кВт.

Стабилизатор для трехфазной сети

Другой пример. В частный дом проведена трёхфазная сеть 380 В на 15 кВт. При этом на каждую фазу приходится по 5 кВт. Соответственно, в электрощите установлено три однофазных автоматических выключателя на 25 А. В этом случае есть несколько вариантов обеспечить защиту всей электросистемы дома.

Вариант	Описание
1) Установка однофазного стабилизатора на каждую питающую фазу	Если в доме имеются только однофазные потребители, то самым удобным и функциональным вариантом обеспечения защиты будет установка по одному стабилизатору напряжения на каждую фазу. Для нашего случая также подойдут вышеуказанные стабилизаторы IS7000 на 7 кВА/ 5 кВт или IS7000RT на 7 кВА/ 5,5 кВт.

2) Установка стабилизатора напряжения с конфигурацией 3:1 Другим вариантом обеспечения централизованной защиты дома от нестабильного сетевого напряжения является подключение стабилизатора напряжения, имеющего особую конфигурацию (трехфазный вход и однофазный выход). Устройство можно установить сразу же после трехфазного вводного автомата. В линейке моделей от ГК «Штиль» стабилизаторов напряжения с конфигурацией 3:1 представлена модель IS3120RT мощностью 20 кВА/16 кВт, которая обеспечит надежное подключение и защиту однофазной нагрузки к трехфазной сети с равномерной загрузкой всех питающих фаз , что исключает возможность сетевого перекоса и избавляет от необходимости постоянной межфазной балансировки. При этом важно отметить, что мощность подключенных приборов может быть больше, чем мощность отдельной фазы. 3) Подключение трехфазного стабилизатора напряжения При наличии в доме трехфазных потребителей потребуются трехфазные модели стабилизаторов напряжения, которые работают в сети 380 В. В линейке инверторных стабилизаторов серии «ИнСтаб» от ГК «Штиль» представлена модель IS3320RT мощностью 20 кВА/16 кВт, которая позволит обеспечить защиту всего объема как трехфазной, так и однофазной электротехники в доме.

Подбор в зависимости от суммарной мощности нагрузки

Также подобрать необходимую модель стабилизатора напряжения для централизованной защиты дома можно, отталкиваясь от суммарной потребляемой мощности нагрузки, которая в данный момент подключена или планируется в будущем.

Например, в доме с сетью 220 В установлены следующие однофазные электроприборы, к которым необходимо подключить стабилизатор напряжения:

Электроприбор	Потребляемая мощность, в Вт
Телевизор	200
Освещение (внутреннее и уличное)	1500
Бойлер	1500
Холодильник	1500 (с учетом пусковых токов)
Микроволновка	1500
Суммарная мощность	6200

К этой сумме обязательно нужно добавить 30-ти процентный запас (6200 х 1,3), так как при просадке сетевого напряжения будет снижаться выходная мощность стабилизатора, что может привести к его перегрузке и переходу в режим байпас. Поэтому требуемая выходная мощность стабилизатора составит не менее 8000 Вт.

Если выбирать из линейки инверторных стабилизатор напряжения серии «ИнСтаб», то для этого примера хорошо подойдут однофазные модели:

• IS10000 на 10 кВА/ 9 кВт для настенной установки;
• IS10000RT на 10 кВА/ 9 кВт для напольного или стоечного размещения.

Помощь в выборе стабилизатора напряжения

В официальном интернет-магазине ГК «Штиль» представлены модели инверторных стабилизаторов напряжения, предназначенные для надёжной защиты от нестабильного сетевого напряжения всей электросистемы вашего дома.